COSMIC掩星L2波段截断高度的分布规律统计

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摘 要：文章统计了cosmic掩星数据l2波段截断高度的分布规律，得到了其截断高度的分布特点，为以后L2波段数据的误差分析提供了参考。

关键词：无线电掩星；COSMIC；L2波段；截断高度

引言

在SAC-C和CHAMP无线电掩星计划中，LEO掩星接收机采用的是闭环（Close-Loop， CL）跟踪技术。闭环技术容易在10km以下产生追踪误差。而且在低对流层，闭环技术不能跟踪上升掩星[1]。因此，在2001年，Sokolovskiy提出了开环追踪技术（Open-Loop），能够有效地克服追踪误差的问题[2]。开环技术能够跟踪信号到较低的高度，而且不容易发生失锁现象。但是开环技术只能够消除L1的追踪误差的问题，在低对流层，大部分掩星L2波段信号质量都不好，不能用于电离层的校准，低于一定高度L2波段的信号不可用[3]，因此我们需要对L2信号进行截断，文章主要分析L2信号截断高度的分布规律，了解不同纬度中L2信号截断高度的分布特点，对以后做误差分析提供一定程度的参考。

1 数据介绍

为了分析L2截断高度的分布规律，选取了COSMIC网站中COSMIC掩星计划的atmprf干廓线数据，干廓线数据中包含了“Znid”属性，即为L2的截断高度，时间选用的是2011年1、4、7、10四个月份的前五天，选取了全球作为研究区域，研究L2的截断高度随纬度的变化。表1是对所选区域掩星数量（atmprf文件）的统计。

我们选取的廓线总计24108条，可以看出在中纬度地区即-60- -30N，30-60N区域内掩星数量要多于热带地区和两极地区，两极地区最少。

2 分析与讨论

我们将全球区域分为6个部分，0-30S、30-60S、60-90S、0-30N、30-60N、60-90N。分别统计在不同区域内L2截断高度的分布规律，并计算了每个部分L2截断高度的平均值，如图1所示。

在图1中，上面三幅图是北半球L2截断高度的分布图，可以看出在北半球0-15N范围内L2的截断高度主要分布在18-20km，L2质量不好，主要因为在热带低对流层，信号在穿过大气时会产生超折射效应以及多路径效应[4]，影响了L2信号的传播，所以L2质量不好，截断高度较高。从图b）可以看出L2截断高度在北半球中纬度（45-60N）主要集中在12-16km处，30-45N处L2截断高度分布均匀。在北半球高纬度地区，L2截断高度主要集中在10-15km处，掩星廓线在60-75N处分布较为密集，75-90N处掩星廓线数量较少。

在南半球低纬地区L2截断高度和北半球相似，-15-0N处L2截断高度主要集中在16-20km处，在中纬度地区，L2截断高度分布在12-15km处，高纬地区南半球L2截断高度主要分布在8-14km处，和北半球类似。

综上所述，可以总结L2截断高度分布规律如下：全球范围内L2截断高度在8-20km以内，在低纬地区（-30-30N），主要是在-15-15N范围内，L2截断高度较高，主要在16-20km，说明在低纬地区L2信号质量不好，中纬度地区（30-60N，30-60S），L2截断高度主要在10-15km范围内，而且在此区域内掩星廓线数量最多。在高纬地区（60-90N，60-90S），L2截断高度主要在8-15km处。

表2是计算的每个区域内所有掩星廓线L2截断高度的平均值，可以看出在低纬度地区平均值最高，随着纬度的升高平均值逐渐降低，在南半球高纬度地区平均值最小。

3 结束语

本章主要讨论了L2的截断高度的分布规律，选取了4个月份中每个月前五天总共20天进行数据统计，选取全球范围作为研究区域，结果发现：

（1）南北半球中纬度地区掩星廓线数量多于热带和高纬度地区，热带和高纬度地区掩星廓线数量大致相同。

（2）全球范围内L2截断高度在8-20km以内，在低纬地区（-30-30N），L2截断高度较高，主要在16-20km。中纬度地区（30-60N，30-60S），L2截断高度主要在10-15km范围内，而且在此区域内掩星廓线数量最多。在高纬地区（60-90N，60-90S），L2截断高度主要在8-15km处。

（3）计算了每个区域内所有掩星廓线L2截断高度的平均值，发现在低纬度地区平均值最高，随着纬度的升高平均值逐渐降低，在南半球高纬度地区平均值最小。

参考文献

[1] Sokolovskiy S，Rocken C，Hunt D， Schreiner W S， etal. GPS profiling of the lower troposphere from space： Inversion and demod ulation of the open-loop radio occultation signals[J].Geophys.Res.Lett.，2006，33： 14816.

[2]Sokolovskiy S.Tracking tropospheric radio occultation signals from lowEarthorbit[J].Radio Sci.，2001，36（3）：483-498.

[3]岳迎春，赵雪莲，陈春明.GPS掩星技术反演气象要素的误差分析[J].全球定位系统，2007，6：21-25.

[4]胡雄，曾桢，张训械，等.大气GPS掩星观测反演方法[J].地球物理学报，2005，48（4）：768-774.